用同轴电缆作为传输介质

计算机网络课程性质：专业基础课课程学时：50学时考核方式：闭卷考试成绩构成：平时10%，半期20%，期终70%计算机系统硬件系统软件系统主机系统软件CPU内存运算器控制器RAMROM外存储器输入输出设备外设应用软件操作系统程序设计语言编译系统开发工具、网络软件、诊断程序数据库管理系统引言第一章：引论一、计算机网络的产生和发展计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物，始于20世纪50年代，近20年来得以迅猛发展。一、计算机发展至今经历了多个阶段第一代计算机网络：面向终瑞的计算机网络它与现代计算机网络相比主要有以下特点：•由于所有网上用户共享主机，且主机即负责数据处理，同时又负责各用户的通信，所有主机负荷较高，效率低•由于主机和每个上网用户是一对一的连接方式，所以线路利用率低，费用高•属集中控制方式，可靠性低第一代网络改进•终端集中分配器•前端处理机FEP第二代计算机网络主机与主机直接互联，且以传输信息为主要目的的在一定地域范围内连接的计算机通信网络。第三代计算机网络：•以资源共享和通信为主要目的•遵循网络体系结构标准构建，如ISO（国际化标准组织）的OSI（开放式系统互联）现代网络的国际标准。•对资源和通信管理是由网络操作系统完成的•地理范围从局域网扩展成广域网现代计算机网络的典型特征•资源共享•分散控制•分组交换•采用专门的通信控制处理机•分层的网络协议计算机网络未来发展趋势将朝着更开放、更综合、更智能方向发展二、什么叫计算机网络？用通信线路将分散在不同地点的、具有独立自主性的计算机系统相互连接，并按网络协议进行数据通信和实现资源共享的计算机集合，称为计算机网络。计算机网络建设的目的•提供资源共享•提供信息的快捷交流•提供分布处理功能•实现集中控制和管理•提高系统可靠性网络应用1、BBS2、IPPHONE3、IRC4、电子商务5、网络虚拟现实6、网络娱乐三、计算机网络组成与分类计算机网络硬件组成：主机(host)、集中器、调制解调器(modem)、多路复用器、通信控制器、分组组装/拆卸设备PAD、前端通信处理机等。为了降低组网的复杂程序，减少工作量和方便异种机的互连，并且考虑到要充分利用通信线路资源，将“数据处理”与“通信处理”任务分开，由此网络分为“资源子网”和“通信子网”两部分。通信子网（网络内层）：•由转接部件（接口信息处理机IMP）和传输线路组成，属专门的通信公司所有，负责网络上各主机间的通信控制和通信处理•“数据转接”是通信子网的重要功能，是由具有路由功能的IMP完成的。当数据从一条输入线到达某个IMP后，该IMP必须将数据暂存起来，然后选取一条合适的处于空闲状态的输出线及时向前发送，这里要涉及到IMP上缓冲的设置、路由算法、差错控制、流量控制等问题资源子网（网络外层）：•主要由主机构成，其次还有与主机相连的外部设备。属所有者拥有，负责全网的面向用户的数据处理与数据管理，以实现最大限度的全网资源共享。•通信子网和资源子网的关系？•通信子网为资源子网提供信息传输服务，资源子网上用户间的通信是建立在通信子网的基础上。没有通信子网，网络不能工作，而没有资源子网，通信子网的转输功能也失去了意义，两者合起来组成了统一的资源共享的两层网络。•通信子网的规模进一步扩大，使之变成社会公用的数据通信网。计算机网络软件组成•网络协议和协议软件•网络通信软件•网络操作系统•网络管理及网络应用软件计算机网络系统与计算机终端分时系统差别：用户是否拥有资源终端用户不拥有计算机资源，而网络用户拥有计算机资源用户是否具有处理能力终端用户的终端不具有处理能力，而网络用户的计算机有处理能力。用户工作是否独立终端用户的工作要受其它用户的影响，网络用户的工作一般是独立的。用户多少与资源利用率的关系终端用户越多，主机利用率越低；网络用户的多少与用户主机的利用率无关。用户多少与主机处理能力的关系终端用户越多，主机处理能力越小；网络用户的主机处理能力不受用户多少影响使用的操作系统不一样一个使用的是分时操作系统，一个使用的是网络操作系统计算机网络系统与计算机分布式系统的差别•存在五点差异：•1、分布性•分布式OS不是集中地驻留在某一点中，而是较均匀地分布在系统的各处站点上，因此，分布式计算机系统的处理功能和控制功能是分布的。而计算机网络虽然都具有分布处理功能，然而网络的控制管理功能则大多数是集中在某个主机或网络服务器上。••2、共享性•分布式计算机系统的资源是完全共享的，而计算机网络中网络资源是共享是，但主机资源一般是独享的。•3、透明性•分布式计算机系统通常对用户能很好地隐藏系统内部的实现细节。对用户是透明的。但网络计算机系统用户对资源的访问是不透明的。•4、并行性•分布式计算机系统是同一任务的并行处理。而计算机网络系统则是不同的任务的并行处理•5、健壮性•由于分布式系统的处理和控制功能是分布的，因此也是健壮的•由于计算机网络系统的控制功能一般是集中的，因此是不健壮的•网络和分布式系统的区别更多地取决于软件，尤其是操作系统软件，而不是硬件，从效果上讲，二者硬件及其硬件连接是一样的。四、计算机网络分类•按距离划分为：局域网、城域网、广域网•按通信介质划分：有线网、无线网•按通信传播方式分：点对点传播方式网广播式传播方式网•按通信速率划：低速网、中速网、高速网•按网络控制方式：集中控制的计算机网络和分布式控制的计算机。•按网络环境分：部门网络、企业网络、校园网络、公共网络•按网络拓扑结构分：星型结构、层次结构、树型结构、总线型结构、环型结构、点点部分连接、点点全连接五、计算机网络体系结构•在处理计算机网络这种复杂系统时所采用的方法就是：把复杂的大系统分层处理，每层完成特定功能，各层协调起来实现整个网络系统所完成的功能•1、什么是网络体系结构•网络体系结构就是为了完成计算机网络的功能，把每个计算机互联的功能划分成定义明确的不同的层次，并规定了不同主机同层次进程通信的协议及同一主机相邻层之间的接口及服务。将这些同层进程间通信的协议以及相邻层接口服务统称为网络体系结构。各层设计中要解决的问题•建立连接与拆除连接•确定数据传输方式•差错控制•数据流量控制•路径选择•多路复用•信息的拆分与组装•3、分层原理层次结构的特点如下：(1)(N)层中的实体（硬，软件的集合）定义自身功能时，只直接使用(N－1)层（下层）提供的服务；(2)(N)层将以下各层功能总和附加上自己的功能为(N＋1)层提供更强功能的服务，即“增值”服务，并将功能的实现细节屏蔽起来。每层既要对上层提供服务，也可以向应用（程序）直接提供服务。•4、分层结构的优点•独立性强：每一层的功能实现非常独立•适应性强：只要结口相同、所需功能相同，任意一层很好移植•易于实现和维护：在结口信息和功能不变的情况下，可方便的对该层进行维护，不会影响整个网络体系。•5、通信协议•网络中的通信有两种：•一是不同实体同层间的彼此通信，这种通信是逻辑上的通信。为了完成这些通信功能彼此要遵守一定的规则，即同层的通信协议。•二是同一实体相邻层间的通信，这种通信是物理上的通信，由一组结口服务原语完成。•通信协议规定了通信双方同层用于“交谈”的一套语义和语法规则，以规范彼此间的的通信操作。它具有：层次性可靠性有效性通信协议由三要素构成：语议：是指对构成协议的协议元素含义的解释。语法：若干个协议元素和数据组合在一起为表达一个更完整的内容时所应遵守的格式时序：规定了某个通信事件及其由它而触发的一系列后续事件的执行顺序。•6、开放式系统互联参考模型开放系统遵守互联标准协议的系统，叫开放式系统。定义一个开放式系统模型，一般应实行：模块化：首先将网络的功能定义为明确的层次，然后再定义每一层的具体功能和接口服务，最后再规定同层应遵守的规则即协议。抽象化：避免汲及到具体的机型和技术实现现细节7、OSI分层原则•分层数量适当•结构要清晰，相邻层间通过它传递的信息最少•每一层要有明确的功能•每一层的功能尽量局部化•每一层在功能实现或提供功能时只与上下邻层产生关系•OSI七层模型应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层7654321层的名字层号OSI参考模型应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层7654321层的名字层号OSI参考模型应用层通信协议表示层通信协议会话层通信协议传输层通信协议网络层通信协议链路层通信协议物理层通信协议OSI分层概念•实体：N层为实现N层功能所需硬件和软件（协议）的集合，叫N层实体。•对等实体：不同节点间的N层实体叫N层的对等实体•服务：N层向N+1层所提供的一组功能集合，叫N层向N+1层所提供的服务。最低层是服务提供者，最高层是服务享有者，中间各层即是服务提供者也是服务享有者。上层获取下层的服务是通过下层提供的服务访问点SAP来获取的。下层向上层提供的服务有两类：即面向连接的服务与无连接服务•面向连接的服务：两个实体在数据交换前必须先建立连接，数据交换过程中要维持连接，当数据交换结束后，应终止这个连接。相应层次的资源在整个服务中应保留。•无连接服务：两个实体在通信前，不需要先建立一个连接，因此其下层的有关资源不需要事先进行预定保留。注意：服务与协议是不同的概念服务是在同一开放系统中相邻层间使用的，而协议则是不同开放系统中对等层实体间虚拟通信必须遵守的约定。其次，服务与协议之间又是密切相关的，因为(N)对(N+1)层所提供的服务，是由(N-1)层提供的服务以及按(N)层协议与对等层实体交换信息来实现的。也就是说：服务是由协议来支持的。•数据单元•服务数据单元SDU：上层服务用户要求下层服务提供者传递的逻辑数据单元。下层为了实现其功能可能对其进行分段或合并。•协议数据单元PDU：不同节点对等层所交换的信息单位。是由本层协议控制信息PCI加上上层交给它的服务数据单元SDU构成•接口控制信息ICI：是上层SDU数据传递到下层所附加的控制信息，是上层为获取下层服务所必须告诉下层的相关信息•结口数据单元IDU：相邻层间通过层间接口SAP（服务访问接点）所传递的信息单元。彼此间的关系:•PDUn=PCIn+SDUn+1/n•IDUn/n-1=ICIn/n-1+PDUn•SDUn/n-1=PDUnN+1层N层N-1层第二章：物理层•物理层是OSI的最低层，它建立在物理通信介质的基础上，作为高层系统（数据链路层）和通信介质的接口，物理层的目的正是要尽可能地屏蔽掉各种媒体和通信手段之间的差异，使得其上的数据链路层感觉不到这些差异的存在，这样就可以使数据链路层不必考虑网络具体的传输媒体是什么，而只需完成本层的协议和服务。•1、物理层常用的两种设备：•数据终端设备DTE：是一台计算机或某种I/O设备，是产生数据和接收数据的场所，属资源子网的实体。•数据电路端接设备DCE：是介于DTE与传输介质之间的设备，主要作用是将DTE发出的数字信号变成适合在传输介质上传输的信号，并将它送到传输介质上，或相反。见教材P41图2-112、物理层协议主要作了以下规定：•机械特性：规定了DTE/DCE接口连接器的形状和尺寸、引脚数和引脚的排列。•电气特性：规定了什么电平代表1，什么电平代表0，每位信号的持继时间，数据传输的速率和最大传输距离。•功能特性：规定了接口电路引脚的功能和作用，每根信号线的用途。•规程特性：规定了接口信号发出的时序，应答关系和操作过程。3、物理层功能以及为上层所提供的服务：•为上层提供物理连接的建立和拆除功能，这种连接有点到点的连接和多点连接。并且对上层来说是透明的•为上层提供安全有序的数据bit流传输。可采用串行传输方式和并行传输方式两种。•数据电路标识和故障情况报告4、物理层使用的传输介质有线介质A：双绞线–构成：由两根互相绝缘的铜导线按照一定的密度互相扭绞在一起（抗相邻导线间电磁波干扰），并放入一个硬皮绝缘套中做成。如果在硬皮绝缘套内再加一层金属编织网作为屏蔽层，就形成了屏蔽双绞线STP（不易弯曲、不易安装、重量重，但抗干扰能力强、数据传输速率高，耐腐蚀），否则就是非屏蔽双绞线UTP。–可以传输模拟信号，5-6km需